JPS6296662A

JPS6296662A - バルブシ−ト用鉄系焼結合金

Info

Publication number: JPS6296662A
Application number: JP4563186A
Authority: JP
Inventors: Yukio Kadota; 門田　幸男; Akira Manabe; 明真鍋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1985-06-10
Filing date: 1986-03-03
Publication date: 1987-05-06
Also published as: JPH0559982B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は内燃機関のバルブシート用焼結合金に係わり、
より詳しくは合金自身の耐摩耗性を高めるとともに、相
手パルプに対する攻撃性を弱めた鉄系焼結合金に関する
。

〔従来の技術〕

最近、自動車用内燃機関は高出力、高回転化、低燃費化
が計られ、まだ排気ガス対策が施される傾向にある。こ
のため、パルプやバルブシート部品は従来以上に厳しい
条件にさらされるようになっている。

このバルブシートには高温での耐摩耗性を高めるため、
Ｃｒ、　Ｎｉ、　Ｃｏ、Ｍｏ等の合金元素を添加した鉄
系焼結合金が多用されつつある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、バルブシートは、自身の耐摩耗性を向上させ
るとともに相手パルプへの攻撃性の低減が求められてお
り、バルブシートの材質の選択は、相手パルプとの相関
において決定されるべきもので、この選択を誤るとパル
プ自身の耐摩耗性を弱めるばかりか、相手部材に対する
攻撃性を増して、パルプ機構全体に思わしくない影響を
与えることになる。そのため、従来のような、例えばた
だ単にフェロモリブデン等の金属間化合物や複合炭化物
を添加して極度に耐摩耗性を高めたバルブシートをその
まま使用すると、エンジンパルプの摩耗を増大させる結
果となる。

本発明は通常の耐摩耗性が特に高められていない汎用エ
ンジンパルプ（例、！ｔハＪＩＳ　ＮＦＣ７５１製）を
相手にした場合にも相手材を摩耗することなく、又は自
身の摩耗を著しく増大させることのないようにしようと
するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のバルブシート用鉄系焼結合金は、重量比で、ク
ロム（Ｃｒ）　１０〜７０％、タングステン（Ｗ）５〜
２０％、モリブデン（Ｍｏ）５〜２０％、炭素（Ｃ）α
５〜５％、鉄（Ｆ”ｅ）２０％以下及び残部コバルト（
Ｃｏ）からなる合金粒子５〜２５チを炭素（Ｃ）α５〜
２％、所望によりニッケル（Ｎｉ）１〜１０％及び残部
鉄（Ｆｅ）と不可避不純物から彦るバーライトを主体と
する基地中に均一に分散させたことを特徴とする。

また、本発明は前記焼結合金にＮ１（Ｐｂ）１〜２０％
を溶浸したことを特徴とする。

なお、本発明においてチは特記しない限り重量俤を示す
。

本発明で用いる各成分元素の限定理由について説明する
。

まず、硬質粒子として加える合金粒子の各成分元素につ
いて説明する。

合金粒子中のＣｒ　　（クロム）はＣ（炭素）と化合し
て炭化物を形成するとともに一部がＣＯと合金を形成し
合金粒子の硬さを向上させる効果を有しているが、Ｃ「
が１０チ未満では上記の効果が不十分であり、７０％を
超えると（：ｒの拡散が周囲の基地へ進み過ぎ、合金粒
子の内部及び周縁に空隙を生じ、合金粒子がもろくなる
。そのためＣｒＹ′ｉｔｏ〜７０チと限定した。

しかしながら、４０〜７０％がさらｖＣ好ましい。

Ｗ（タングステン）は、Ｃと化合してＭＣ型の硬質炭化
物とＣＯとの複炭化物を形成し、合金粒子の硬さを向上
させるが、Ｗが５チ未満てはその効果が発揮されず、２
０チを超えると合金粒子が硬くなり過ぎ、相手材である
パルプへの攻撃性が増大するため、Ｗは５〜２０％とし
た。

Ｍｏ　　（モ、リプデン）はＣと化合して硬質炭化物を
形成し、合金粒子の硬さを増すが、Ｍｏが５％未満では
その効果が現れず、２０％を超えると合金粒子が硬くな
り過ぎて相手部材を攻撃するので５〜２０チとした。

ＣはＣｒ％ＭＯ及びＷと化合して炭化物を形成し、合金
粒子の硬さを向上させるが、ＣがＣＬ５チ未満ではその
効果が発揮されず、３％を超えると炭化物量が多すぎて
もろくなる。そのため。

Ｃは１５〜３％とした。

Ｃｏ　（コバルト）は合金粒子において他の金属成分の
残部をなしており、粒子の耐熱性を向上させると共に、
一部が基地に拡散して粒子と基地の接合性を向上させ、
粒子の脱落を防止する効果がある。この効果は５％未満
では得られに＜＜、また、５０％を超えてもその効果に
変化がないため、５〜５０慢とするのが好ましい。

Ｆｅ　（鉄）は特に添加しなくて本よいが１バルブシー
トに必要とする強度等に問題がなければ、高価なＣｏ　
の代わりに２０％以下の任意の範囲で用いることができ
る。またｓ　Ｃｒ、　Ｗ、　Ｍ。

を単体としてではなくフェロアロイとして合金の原料に
用いる場合に添加されることになる。

合金粒子は耐摩耗性の向上に効果があることから用いら
れる。その粒径は２０　ｐｍ未満では耐摩耗性が低下し
、２００ｐｍ以上では成形性、圧縮性が低下し、耐摩耗
性が低下する。そのため２０〜２００μｒｎとするのが
好°ましい。また、さらに好ましくは３０〜１５０　ｐ
ｍである。合金粒子の硬さは、１（Ｖ１００Ｇ未満では
粒子が摩耗しやすいため、耐摩耗性が発揮されない。従
ってＨｖ１００Ｇ以上とするのが好ましい。合金粒子は
、５チ未満では得られる焼結合金の耐摩耗効果が発揮さ
れず、２５％を超えると成形性、圧縮性及び被剛性が低
下するとともにＩｕ手材であるパルプへの攻撃性が増大
するため、合金粒子は５〜２５チと限定した。

次に基地について説明する。

Ｃは基、池のｌｉ”ｅ　に固溶してバーライト組織を形
成し、焼結合金の強度と硬さを向上させ、また、前記合
金粒子中のＣｒ、Ｍｏ及びＷと化合して硬質の炭化物を
形成し、合金粒子の硬さを更に向上させる効果があると
ともに、未反応の遊離黒鉛が、ある程度基地中に内在す
ることによシ、潤滑効果が発揮されるが、Ｃがａ５％未
満ではその効果がなく％２％ｔ−超えるとセメンタイト
が粗大化し遊離黒鉛が多すぎて基地がもろくなるため、
Ｃは（Ｌ５．２チとした。

Ｎｌにッケル）はＦｅ基地に固溶して基地の強度を向上
させるのに役立つため、更に強度を必要とする場合に添
加されるが、Ｎｉ　が１チ未満ではその効果が発揮され
ず、１０チを超えると基地が軟化し、耐Ｒ１耗性が低下
するだめ、Ｎ１＃ｉ１〜１０−とした。

ｐｂ　（鉛）の焼結合金への溶浸は、よりきびしい条件
下で使用されるバルブシートの場合に行われる。溶浸さ
れたｐｂは、パルプとバルブシ−トの接触部に介在して
ｐｂ酸化物層を形成することによシ潤滑剤として作用し
てパルプ及びバルブシート相互の耐摩耗性を向上させる
が、ｐｂの溶浸が１チ未満でけｐｂ溶浸の効果が発揮さ
れず、２０％を超えて溶浸すると燻結合金のスケルトン
が弱化して摩耗が増大することから１〜２０％とした。

〔実施例〕

本発明を実施例により説明する。以下の実施例において
チは重量チを表わす。

実施例１Ｃｒ３０％、Ｗ１０％、Ｍｏ１０％％ｒｅ　１０％、Ｃ
２，５％及び残部Ｃｏからなる合金アトマイズ粉（−ｉ
ｏｏメツシュ）１５％、黒鉛粉末（−３５０メツシユ）
１．０％、カルボニルＮｉ　粉末（１０ｐｍ以下）４％
及び残部還元鉄粉（−１００メツシユ）に潤滑剤として
ステアリン酸亜鉛（１８％を混合した後、この混合粉末
を金型内に充てんし、成形圧７ｔ／ｃｎｔで成形してバ
ルブシート粗形状の粉末成形体を得た。

この粉末成形体をアンモニア分解ガス雰囲気中で１１５
０℃の温度にて６０分間焼結して焼結体を得た。焼結体
密度は７．（１０）７ａｌｌ。

得られた焼結体を排気弁座の形状に加工して排気１２０
００ｃ、ｃ、４気筒のディーゼルエンジンに装着し、全
負荷で２００時間台上耐久試験を実施し、バルブシート
当り面幅増加量及びパルプ摩耗量を測定した。なお、相
手パルプにはＪＩＳ　ＮＦＣ７５１を用いた。

実施例２〜４各材料を第１表に示す各組成割合にそれぞれ配合して実
施例１と同様に行って、各焼結体を得た。なお、実施例
３及び４は得られた焼結体をｐｂ塊と接触させて再度ア
ンモニア分解ガス雰囲気中で１０５０℃の温度にて３０
分間加熱して焼結体中にＰｂ　を溶浸したものである。

得られた各焼結体を弁座形状に加工し、バルブシート当
り面幅増加量及びパルプ摩耗量を実施例１と同様に試験
したのち測定した。

実施例５Ｃｒ（−８０メ、シｚ）４５ｅ４、Ｃｏ２２％−Ｗｌ　
０　％％Ｍｏ　１０％、Ｆｅ　６％、（１０）％及び残
部−１００メツノエのアトマイズ鉄粉からなる合金アト
マイズ粉（−１００メツシエ）１５％、黒１６粉末ｃ−
５５０メツシュ）１．１％、カルボニルＮｉ粉末（１０
μｍ以下）　　２％及び残部還元鉄粉（−１００メツ７
エ）　に潤滑剤としてステアリン酸亜鉛粉末α８％を混
合した後、この混合粉末を金型内に光てんし、成形圧７
ｔ／ｃｄで成形してバルブシート粗形状の粉末成形体を
得た。

この粉末ＩＪ１２形体をアンモニア分解ガス雰囲気中で
１１４０℃の温度にて６０分間焼結して焼結体を得た。

焼結体密度は７．　ＯＩ　／　ｃ肩。

得られた焼結体を排気ヲｅ座の形状に加工して排ｆｉｉ
２０００Ｃ，Ｃ，４気筒のディーゼルエンジンに装着し
、全負荷で３００　時間台上耐久試験を夾施し、バルブ
シート当り面幅増加量及びパルプ摩耗量を測定した。な
お、相手パルプにはＪＩ８　ＮＦＣ７５１を用いた。

実施例６〜８各材料を第１表に示す各組成割合にそれぞれ配合して実
施例５と同様に行って、各焼結体を得た。なお、実施例
７及び８は得られた焼結体をＰｂ塊と接触させて再度ア
ンモニア分解ガス雰囲気中で１０５０℃の温度にて３０
分間加熱して焼結体中にｐｂ　を溶浸したものである。

得られた各焼結体を弁座形状に加工し、バルブシート当
り面幅増加量及びパルプ摩耗−を実施りＩＪ　５と同様
に試験したのち測定した。

なお、合金粒子の粒子径及び硬さを第２表に示す。

比較例１及び２比較例１としてＪＩＳＦＣ３０鋳鉄、比較例２としてＪ
ＩＳ耐Ｍ、Ｍ材８ＵＨ４Ｂをそれぞれ用いて弁座形状に
加工し、これらを実施例１と同様に試咳してバルブシー
ト当り面幅増加量及びパルプ摩耗量を測定した。

以上の６１り定結果をまとめて第１表に示す。

第２表第１表かられかるように実施例１〜８のバルブシート当
り面幅増加量は［１１ないしα３鵡で、比較例１及び２
の１，２及び１，４ｎに比してかなシ小さな値を示し、
実施例１〜８の焼結合金は過酷な条件下で使用されるデ
ィーゼルエンジンの弁座材料としても耐摩耗性に優れて
いる。まえ、実施例１−８のパルプ摩耗量は２ないしａ
　ｐｍで、比較例１及び２の３０及び４０　ｐｍに比し
てかなり小さく、実施例１〜８の焼結合金は相手材であ
るバルブに対する故事性が低い。

〔発明の効果〕

本発明のバルブシート用鉄系焼結合金は上記したように
合金粒子をバーライトを主体とする鉄基地中に均一に分
散させたので耐摩耗性に優、　　　　　　ｆ″″−６゛
′４手材′″ｃ　、１）　、ｓ　′＜　＃な対す６攻撃
性が低く、バルブシート用焼結合金として最適なもので
ある。

□ ｌｌ特許出願人　　トヨタ自動車株式会社１　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　、／、、”’
−代理人　　　　　　萼　　　　優　　　美　　：コ（
ほか１名）ト［止「 □ ［・子糸光＋′ｆｌｊｊＥ書昭和６１年　７月　３日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量比で、クロム（Ｃｒ）１０〜７０％、タング
ステン（Ｗ）５〜２０％、モリブデン（Ｍｏ）５〜２０
％、炭素（Ｃ）０．５〜３％、鉄（Ｆｅ）２０％以下及
び残部コバルト（Ｃｏ）からなる合金粒子５〜２５％を
炭素（Ｃ）０．５〜２％及び残部鉄（Ｆｅ）と不可避不
純物からなるバーライトを主体とする基地中に均一に分
散させたことを特徴とするバルブシート用鉄系焼結合金
。
（２）合金粒子の中のクロム（Ｃｒ）の含有量が重量比
で４０〜７０％であることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載のバルブシート用鉄系焼結合金。
（３）合金粒子の粒子径が２０〜２００μｍであり、合
金粒子の硬さがＨｖ１０００以上であることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載のバルブシート用鉄系焼結
合金。
（４）重量比で、クロム（Ｃｒ）１０〜７０％、タング
ステン（Ｗ）５〜２０％、モリブデン（Ｍｏ）５〜２０
％、炭素（Ｃ）０．５〜３％、鉄（Ｆｅ）２０％以下及
び残部コバルト（Ｃｏ）からなる合金粒子５〜２５％を
炭素（Ｃ）０．５〜２％、ニッケル（Ｎｉ）１〜１０％
及び残部鉄（Ｆｅ）と不可避不純物からなるバーライト
を主体とする基地中に均一に分散させたことを特徴とす
るバルブシート用鉄系焼結合金。
（５）合金粒子中のクロム（Ｃｒ）の含有量が重量比で
４０〜７０％であることを特徴とする特許請求の範囲第
４項記載のバルブシート用鉄系焼結合金。
（６）合金粒子の粒子径が２０〜２００μｍであり、合
金粒子の硬さがＨｖ１０００以上であることを特徴とす
る特許請求の範囲第４項記載のバルブシート用鉄系焼結
合金。
（７）重量比で、クロム（Ｃｒ）１０〜７０％、タング
ステン（Ｗ）５〜２０％、モルブデン（Ｍｏ）５〜２０
％、炭素（Ｃ）０．５〜３％、鉄（Ｆｅ）２０％以下及
び残部コバルト（Ｃｏ）からなる合金粒子５〜２５％を
炭素（Ｃ）０．５〜２％及び残部鉄（Ｆｅ）と不可避不
純物からなるバーライトを主体とする基地中に均一に分
散してなる焼結合金に鉛（Ｐｂ）１〜２０％を溶浸した
ことを特徴とするバルブシート用鉄系焼結合金。
（８）合金粒子中のクロム（Ｃｒ）の含有量が重量比で
４０〜７０％であることを特徴とする特許請求の範囲第
７項記載のバルブシート用鉄系焼結合金。
（９）合金粒子の粒子径が２０〜２００μｍであり、合
金粒子の硬さがＨｖ１０００以上であることを特徴とす
る特許請求の範囲第７項記載のバルブシート用鉄系焼結
合金。
（１０）重量比で、クロム（Ｃｒ）１０〜７０％、タン
グステン（Ｗ）５〜２０％、モリブデン（Ｍｏ）５〜２
０％、炭素（Ｃ）０．５〜３％、鉄（Ｆｅ）２０％以下
及び残部コバルト（Ｃｏ）からなる合金粒子５〜２５％
を炭素（Ｃ）０．５〜２％、ニッケル（Ｎｉ）１〜１０
％及び残部鉄（Ｆｅ）と不可避不純物からなるバーライ
トを主体とする基地中に均一に分散してなる焼結合金に
鉛（Ｐｂ）１〜２０％を溶浸したことを特徴とするバル
ブシート用鉄系焼結合金。
（１１）合金粒子中のクロム（Ｃｒ）の含有量が重量比
で４０〜７０％であることを特徴とする特許請求の範囲
第１０項記載のバルブシート用鉄系焼結合金。
（１２）合金粒子の粒子径が２０〜２００μｍであり、
合金粒子の硬さがＨｖ１０００以上であることを特徴と
する特許請求の範囲第１０項記載のバルブシート用鉄系
焼結合金。